史密森尼的健康水源项目恢复巴拿马运河流域退化的自然景观

史密森尼的健康水源项目 (Agua Salud Project) 确定了在因农用而退化的巴拿马运河流域 (Panama Canal Watershed) 内有效恢复热带森林的方法。 通过对水文学、碳储量以及这些热带森林提供的与生物多样性相关的物资和服务进行检测，健康水源项目展示了恢复和增强热带森林资源的最佳途径。

健康水源项目为恢复退化景观的生产力提供了一个典范，并且为巴拿马运河流域可持续性管理提供了支持。 史密森尼的科学家及其同仁研究这些森林是如何由于土地用途的改变和全球变化而发生变化，以及最能确保长期可持续发展的方法。

巴拿马运河是海上贸易的要地，巴拿马运河流域为 200 多万人提供饮用水。 随着运河流域内土地日益城市化和农作方式的改变，保持当地健康航道的森林承受着越来越大的压力。

混合物种种植园。 照片来源：Jorge Aleman。

森林可保持健康航道。 森林在湿季可起到减少地表径流的作用，而在干季则起到增加水流量的作用。森林和航道有助于旅游业和康乐活动，还可提供野生动物栖息地和淡水。 此外，热带森林能够吸收和储存碳而有助于减缓气候变化。  

在二十世纪九十年代，史密森尼开始记录巴拿马运河流域的环境状态。 2008 年，在私人捐赠的资助下，以及在巴拿马运河管理局 (Panama Canal Authority) 和巴拿马环境部 (Panama’s Environmental Ministry) 的支持下，史密森尼热带研究院（STRI）在巴拿马运河流域严重退化的土地上获得了 2.7 平方英里的牧牛场。

来自 STRI 物理监测项目的技术人员安装气象塔。 两所建在最佳位置的气象站在 Heising-Simons 基金会的大力支持下才得以完工。 照片来源：Jorge Aleman。

通过与巴拿马运河管理当局、巴拿马环境部、美国地质调查局 (U.S. Geological Survey) 、怀俄明大学 (University of Wyoming) 和其他国际合作伙伴携手合作，STRI 创建了健康水源研究基地，对森林如何提供这些服务进行长期大规模的研究， 目的是量化这些森林能给多方利益相关者群体带来的利益并使其最大化。 

通过对这些不同流域进行比较所获得的早期发现之一是，相比因牧牛而退化的土壤，森林化土壤更为多孔化。 身为史密森尼科学家和美国地质调查局水文学家的罗伯特•斯托拉德 (Robert Stallard)，与他人密切合作，发现多孔的林地土壤起到了海绵一样的作用，帮助树木在雨季储存水，在干季则释放水分。 他的研究表明，与牧场土地相比，森林化土地能为诸如运河等健康流域提供更好的支持。 进一步的研究显示，与其他类型的土地覆盖相比较，具有较高入渗能力的林地土壤可大大地削弱洪峰。

相比牧区土壤（右），森林化土壤（左）更为多孔化。 科学家已证明，树木能够有助于减少地表径流并且在干季则增加流入小溪的土壤水量。 插图来源：Jorge Aleman。

现在，健康水源项目的科学家监测整个景观地区九个不同实验流域中地面的水量分布 。 每个流域代表要研究的一个不同的土地使用形式，从牧牛场到次生林。 研究小组跨多学科进行研究，包括水文学、森林生态学、甚至经济学。  

插图来源：Jorge Aleman。

为了确定哪种类型的树木可使森林的服务最大化，STRI 科学家着手确定重新绿化土地和更好支持运河的最佳方法。 外来的柚木是巴拿马森林植物园中最常用的树种。然而在过去七年中，健康水源项目研究发现，精选的本地树种可在较短的时间内提供更多的木材，比在健康水源项目的贫瘠土壤上种植的柚木更有效益。 此外，本地树种还可提高生物多样性价值。

这些健康水源的研究发现有助于决策者确定为当地居民更好地管理水源和减轻对基础设施危害的策略。

为了计算来自溪流的水量，水文学家测量通过被称为“堰”的小堤坝开口的水流高度。 照片来源：Sean Mattson。

项目总监杰斐逊 • 霍尔 (Jefferson Hall) 表示：“ 我们从事的是好奇心驱使、基础的科学研究，工作焦点在于其使用和实践应用。 “我们将科学转化为政策和行动。”

健康水源研究正在为恢复和管理生态服务创造新的可能性，以持续改变热带森林景观，而其研究范围也正日益扩大。 科学家们打算使用无人机监测林场和次生林内树叶发芽的情况，使用激光测量多叶植物吸收之后，在进行光合作用过程中再释放的水量，并且打算安装气象塔来收集和传输数据。健康水源项目还利用生物学调查来测量鸟类和脯乳动物如何回到再生的景观并重新繁衍。 将巴拿马运河流域作为研究系统，来自健康水源的研究将对整个美洲热带地区大有助益。